全自动刨煤机在薄煤层开采中的应用现状及发展趋势

范宁

摘 要：从我国薄煤层开采现状出发，对我国薄煤层开采技术发展缓慢的原因进行了分析，介绍了全自动刨煤机，包括：全自动刨煤机适用条件和开采特点、自动化控制系统配置、国内国外的应用情况，指出全自动刨煤机发展趋势和在我国使用的前景，验证了全自动刨煤机是薄煤层开采的必然。

关键词：薄煤层；全自动刨煤机；自动化控制系统

1.我国薄煤层赋存情况

我国煤炭资源丰富，已探明储量约为7700亿吨，煤炭资源是我国的宝贵财富，也是不能再生的一次能源。据有关统计数据显示，在我国已探明的煤矿资源中，84.2%的矿区均有薄煤层分布，主要分布在河南、山西、河北、山东、四川、贵州、吉林、辽宁、安徽、内蒙古等省区，其中有的矿区薄煤层储量更是占有相当大的比重，如安徽省占到了72%，四川省占60%，贵州省占37%。[1]

2.我国薄煤层开采技术发展历程

我国薄和极薄煤层的开采经历了几个发展阶段，20世纪50年代我国在薄和极薄煤层中主要使用炮采工艺。60年代开始使用深截煤机掏槽爆破落煤，平面环行式薄煤层输送机运煤，人工装煤，木柱或丛柱支护顶板，回柱绞车放顶的工艺系统。70年代以来，薄煤层机组得到了较大的发展。1974年开始研制新型薄煤层采煤机。80年代以来单体液压支柱的成功应用，促进了薄煤层机组的发展。BM—100、MLT—150、YRG型等采煤机等相继出现，并在鸡西、双鸭山、七台河、开滦等局使用，取得了较好的技术经济效果。但滚筒采煤机由于受到截深和牵引速度的限制，在单产上与中厚煤层的单产要小得多。近年来，各大局（矿）厚、薄煤层开采速度不相适应的矛盾日益突出，特别是薄煤层作为解放层开采的矿井，由于薄煤层开采速度缓慢，造成下层厚煤层资源积压，影响整个煤炭工业的协调发展。

3.我国薄煤层开采技术发展缓慢的原因

近年来，各煤机制造企业紧紧依靠科技创新，大力发展综合机械化采煤设备，机械化程度非常高，使企业经济效益稳步上升，实现了高效、快速、全面发展。但是随着采煤机械化的快速发展，矿区中厚煤层储量比例日渐下降，相对1.5m以下薄煤层储量比例上升。所以，在国内尚无薄煤层高产高效开采技术条件下，中厚煤层的高强度开采与高产高效矿井持续性发展之間的矛盾己见端倪。症结在于薄煤层开采作业空间小，技术装备落后，工作条件恶劣，掘进率高，回采效率低，经济效益差。除特殊短缺煤种外，大部分薄煤层均被暂时放弃。特别是进入市场经济后，煤炭行业整体困难，企业追求经济利益的情况下更很少有煤矿开采薄煤层。从而限制了薄煤层开采工艺和技术装备水平的提高。

4.全自动刨煤机适用条件及开采特点

全自动刨煤机是一种应用在薄煤层的浅截深式采煤机械，由刨头和回采工作面两端的驱动装置及无极牵引链组成。刨头通过无极牵引链的牵引，沿滑行轨道往复运动刨削煤壁，刨落下的煤通过输送机、转载机、自移装置、皮带机运输出工作面，是薄煤层工作面刨削煤层的动力设备，可实现薄煤层安全、高效、自动化开采。

4.1全自动刨煤机适用条件

全自动刨煤机用于薄煤层综采工作面[2]，适应煤层厚度0.8～2.0m，煤质截割阻抗A≤350N/mm（f≤4），煤层倾角≤25°，装备年产量1.5～2.0Mt的矿井。

4.2全自动刨煤机特点

（1）生产成本低。在薄及中厚煤层长壁工作面使用刨煤机系统开采，生产成本低、效率高，刨头以最大刨深高速运行可达到高产。在仅1.3m厚的煤层，可实现5000吨以上的日产量。

（2）安全高效。不需要操作人员随着设备行走，符合最高的安全标准。

（3）操作简便。在工作面顺槽或地面控制室配备优化的人机对话界面，使自动化系统更加灵活，并能对采矿条件和操作条件下的变化及时做出反应。

（4）维修方便。生产过程中如果需要维修，在工作面任何地方都可以非常容易和快速地进行检修，不会造成长时间停工。

5.全自动刨煤机自动化控制系统配置

全自动刨煤机组自动化控制系统主要由中央控制系统、 支架电液控制系统、主控制器、组合开关箱、扩音电话系统等组成。通过主控制器和中央控制室内上位机监控软件，可以实现对工作面设备的手动启停操作、自动刨煤控制以及对工作面所有设备状态信息的监视。

中央控制系统对采集来的子系统信息进行处理，根据刨煤机生产过程工艺设置要求，对刨煤机、输送机、转载机、破碎机、液压支架等执行元件发出动作指令、对水冷系统、喷雾系统和扩音电话系统进行实时控制。

支架电液控制系统的主要功能是控制支架的所有动作，控制在应用程序基础上进行。控制的命令是操作者通过键操作发出，传感器检测的实时值和用户设置的各种参数也是控制过程的重要条件。

主控制器用于煤矿井下综采工作面采/刨煤机、刮板机、转载机、破碎机、液压支架、乳液泵及清水泵等整个综采系统设备的全自动控制，并实时显示设备主要参数，还可实现工作面沿线的语音通讯和闭锁控制。

上位机软件实现对工作面现场设备的控制和状态监视，同时可进行系统参数的设置。工作面主要参数包括刨头的位置、运行方向、液压支架推移行程、压力、动运输设备、动力设备的启停等等，同时可实现对各设备的控制，软件界面如图1所示。主要分为四个部分：支架行程及刨头位置和运行方向、支架压力、各设备的启停状态、设备控制。

（1）支架行程及刨头位置：用图形实时地显示各支架的推移行程及刨头的位置和运行方向；

（2）支架压力：用图形实时地显示各个液压支架立柱压力大小；

（3）设备启停状态：用文字和图形动画实时显示各设备的启停状态，当设备处于运行状态时相应图形会闪烁；

（4）设备控制：功能与主控制器相同，包括手自动切换、急停、对刮板机、刨头、转载破碎、乳化泵、清水泵的启停操作。

6.全自动刨煤机在我国的应用

由于刨煤机成套开采技术融合了机械、液压、电子、网络控制等多学科专业领域的科技成果，技术含量高，研制难度大，我国在刨煤机产品开发和制造方面进展缓慢[3]。国内相关企业与研究机构试图进行研发，但由于其可靠性与自动化水平太差，效率低故障率高，并未得到成功应用，真正实现薄煤层安全、高效、自动化开采的国产刨煤机尚属空白。目前该项技术被世界上规模最大的采掘设备供应商德国DBT公司独家垄断，价格极其昂贵，全套设备的价格在人民币2亿元左右，我国共进口了9套刨煤机成套开采设备，其中铁法煤业拥有4套，是应用刨煤机成套开采技术最成熟的企业。因此，可实现薄煤层安全、高效、自动化开采的刨煤机成套设备在我国并没有普及应用。

7.全自动刨煤机发展趋势

目前世界刨煤机技术呈现出两大特点：一是刨煤机的装机功率越来越大，以德国为代表，80年代中期最大功率也只有500kW，目前已达到800～1600kW，其体积向着紧凑型方向发展，可靠性更高，自动化控制程度更高。由于功率的增大，使刨煤机的生产能力，刨削硬煤的能力有了明显提高，适应性增强，使工作面过小地质构造能力增强，给生产管理带来方便。德国DBT公司是世界上研制刨煤机最早、产量最大、技术水平最高的一家公司。目前刨煤机的技术水平已发展到了采高0.6～3 m，截深最大可达300 mm，可刨煤硬度f=4，刨速最高可达3 m/s，刨链达φ42 mm，装机功率最大可达2×800 kW，铺设长度达350 m。其二是刨煤机的适用范围不断扩大，刨煤机不但用于采煤，还用于开采油母页岩等其他有用矿物，并取得较好的效果。

8.全自动刨煤机在我国的使用前景

随着国家对资源管理力度加大与资源费用的大幅度提高，煤炭产业已进入了快速发展时期，由于缺乏有效的开采手段使占煤炭总资源20%的大部分薄煤层未进行开采，厚煤层的资源却在逐渐的枯竭，薄煤层开采已经是势所必然。据不完全统计，如果薄煤层产量中有10%左右由刨煤机开采，每年就需要40套刨煤机成套开采设备，如果参照国外刨煤机的应用情况，我国的薄煤层90%以上用刨煤机成套开采设备，市场份额可达600亿元以上，发展前景十分广阔。

9.结语

全自动刨煤机可实现薄煤层高效、安全、全自动化开采，可解決长期困扰我国薄煤层安全、高效开采的难题，对提高煤炭资源利用率，延长矿井服务年限，实现矿区可持续发展有重要意义。采用新型控制技术、控制手段，不仅能够有效的降低无用功的浪费，而且可以有效的降噪，降尘，提高煤矿工人的工作舒适度，可实现薄煤层安全、高效、自动化高产，有效改善薄煤层工作面的环境，实现煤矿井下安全生产。

参考文献：

[1]刘子良.薄煤层工作面全自动化刨煤机成套设备研究[J].山西焦煤科技，2007，（11）： 7-10.

[2]华元钦.刨煤机是解决我国薄煤层开采的有效途径[J].煤矿机电，2004（5）：25-26.

[3]邵柏库.应用刨煤机技术实现薄煤层的高产高效[J].煤矿机电，2005（1）： 1-2.